二次电池及其制备方法、电池模块、电池包以及用电装置与流程

本技术涉及电池，特别是涉及二次电池及其制备方法、电池模块、电池包以及用电装置。

背景技术：

1、可充放电的电池，具有体积小、能量密度高、安全性高、自放电小、寿命长等优点，在储能、通信、电动汽车、航空航天等多个领域广泛应用。电池包括多个串联、并联或混联的二次电池。

2、研究发现，二次电池所包含的负极活性材料对二次电池的性能具有重要影响。在二次电池充放电过程中，负极活性材料可能会发生结构破坏，从而使得二次电池的性能例如循环寿命和循环倍率等下降。

技术实现思路

1、本技术是鉴于上述课题而进行的，其目的在于，提供一种能够提高二次电池的循环寿命和循环倍率的二次电池及其制备方法、电池模块、电池包以及用电装置。

2、本技术的第一方面提供了一种二次电池，该二次电池包括负极极片，负极极片的表面上形成有固态电解质界面膜，固态电解质界面膜包括彼此连接的第一区域部分和第二区域部分，基于交流阻抗谱测定的第一区域部分的阻抗值为z1，基于交流阻抗谱测定的第二区域部分的阻抗值为z2，其中，z1/z2≥1.5。

3、由此，本技术实施例的二次电池中的sei膜的厚度不均等，其包括彼此连接的第一区域部分和第二区域部分，第一区域部分和第二区域部分彼此连接，二者共同构成连续的膜层结构，以对负极极片起到良好的防护作用。第一区域部分的阻抗值z1大于第二区域部分的阻抗值z2，且z1/z2≥1.5。第一区域部分的阻抗值相对较高，第一区域部分的致密度相对较高，可以进一步提高对负极极片的防护作用，从而降低负极极片发生副反应的风险，以此保证负极极片的结构稳定性，并能够保证二次电池的循环寿命。第二区域部分的阻抗值相对较低，第二区域部分相对较为疏松，有利于金属离子的迁移。本技术实施例通过第一区域部分和第二区域部分的配合，能够保证二次电池的循环倍率和低温性能。

4、在任意实施方式中，第一区域部分的阻抗值z1满足4mω≤z1≤11mω。

5、由此，本技术实施例的第一区域部分的阻抗值z1相对较大，其形成于负极极片上的膜层的厚度相对较厚，可以提高对负极极片的防护性能。

6、在任意实施方式中，第二区域部分的阻抗值z2满足0.7mω≤z2≤7mω。

7、由此，本技术实施例的第二区域部分的阻抗值z2相对较小，其形成于负极极片上的膜层的厚度相对较薄，有利于金属离子的迁移。

8、在任意实施方式中，第一区域部分以连续的层状结构形成于负极极片的一部分表面；第二区域部分设置为多个，多个第二区域部分离散分布于第一区域部分中，且形成于负极极片的另一部分表面。

9、由此，本技术实施例的第一区域部分以连续的层状结构形成于负极极片的一部分表面，可以对该部分负极极片起到良好的防护作用。多个第二区域部分离散分布于第一区域部分中，有利于电解液中的金属离子通过位于不同位置的第二区域部分嵌入负极极片中，或从负极极片中脱出，能够保证负极极片的各处发生电化学反应的均匀性。

10、在任意实施方式中，多个第二区域部分均匀分布于第一区域部分中。

11、由此，本技术实施例的多个第二区域部分均匀分布于第一区域部分中，能够使得金属离子更均匀地嵌入至负极极片中，进而提高负极极片发生电化学反应的均匀性。

12、在任意实施方式中，基于第一区域部分的质量计，第一区域部分包含质量百分含量为a1的有机组分和质量百分含量为b1的无机组分；基于第二区域部分的质量计，第二区域部分包含质量百分含量为a2的有机组分和质量百分含量为b2的无机组分，其中，a1＞a2；和/或b1＜b2。

13、由此，本技术实施例的有机组分的含量越高，越有利于形成致密度较好的膜层。第一区域部分的有机组分的质量百分含量a1大于第二区域部分的有机组分的质量百分含量a2，第一区域部分的有机组分的含量相对较高，第一区域部分的膜层致密度相对越好，对负极极片的防护性能越好。

14、在任意实施方式中，负极极片包括负极活性材料，负极活性材料包括人造石墨、天然石墨、软炭、硬炭、硅基材料、锡基材料和钛酸锂中的一种或多种。该类负极活性材料的结构稳定性相对较好，有利于保证二次电池的循环寿命。

15、在任意实施方式中，电解质包括有机溶剂、溶解于有机溶剂的电解质锂盐和添加剂；可选地，添加剂包括氟代碳酸乙烯酯、碳酸亚乙烯酯、硫酸亚乙酯中的一种或多种。上述添加剂可以在负极极片的表面形成固体电解质界面膜，以此对负极极片进行防护。

16、本技术的第二方面提供一种电池模块，包括本技术的第一方面任一实施例的二次电池。

17、本技术的第三方面提供一种电池包，包括本技术的第二方面的电池模块。

18、本技术的第四方面提供一种用电装置，包括选自本技术的第一方面任一实施例的二次电池、本技术的第二方面的电池模块或本技术的第三方面的电池包中的至少一种。

19、本技术的第五方面提供了一种制备二次电池的方法，该方法包括：

20、提供一电池结构，电池结构包括外壳组件和设置于外壳组件内的正极极片、隔离膜和负极极片；

21、于外壳组件内加入第一电解质，以使第一电解质于负极极片的一部分表面形成第一膜层；

22、于外壳组件内加入第二电解质，以使第二电解质于负极极片的另一部分表面形成第二区域部分，且于第一膜层的背离负极极片的表面形成第二膜层，第二区域部分和第二膜层为连续的膜层，其中，第一膜层和第二膜层构成第一区域部分。

23、由此，本技术实施例的方法制备得到的二次电池，在负极极片的表面形成有不同厚度的第一区域部分和第二区域部分，由于第一区域部分为两次成膜形成，第一区域部分的厚度相对较大，对负极极片的防护能力相对较好，从而能够提高二次电池的循环寿命；由于第二区域部分为一次成膜形成，第一区域部分的厚度相对较小，有利于金属离子的迁移，从而能够保证二次电池的循环倍率和低温性能。

24、在任意实施方式中，于外壳组件内加入第一电解质，以使第一电解质于负极极片的一部分表面形成第一膜层的步骤，包括：于外壳组件内加入第一电解质，对正极极片和负极极片以第一恒流进行充电，以使第一电解质在负极极片的一部分表面形成第一膜层；可选地，形成第一膜层的步骤中，第一恒流的充电电流为0.3c～0.5c，充电时间为80min～140min。

25、由此，在上述充电电流和充电时间下，第一电解质在负极极片的表面能够充分成膜，从而提高对负极极片的防护作用。

26、在任意实施方式中，在形成第一膜层的步骤中，对正极极片和负极极片以第一恒流进行充电时，则将外壳组件内部与外部的真空抽吸源连通，以抽取外壳组件内部的气体，直至充电结束时，停止抽取气体；可选地，外壳组件与外部的真空抽吸源连通，以使外壳组件内的真空度为-20kpa～-60kpa。外壳组件的内部在上述真空度范围时，可以保证第一膜层的形成。

27、由此，第一电解质在负极极片的一部分表面形成第一膜层的过程中，不可避免地会在外壳组件内产生气体。在对正极极片和负极极片以第一恒流进行充电时，采用外部的真空抽吸源将外壳组件内的部分气体抽离，从而能够在一定程度上降低二次电池发生膨胀的风险。

28、在任意实施方式中，对正极极片和负极极片进行第一恒流充电时，振动外壳组件，以使负极极片的表面均匀分布气泡；可选地，超声振动外壳组件。

29、由此，本技术实施例在振动作用下，多个气泡离散分布于负极极片的表面，且均匀分布于负极极片的表面，从而使得在气泡处形成的第二区域部分均匀分散于第一区域部分中，能够使得电解质中的金属离子能够均匀嵌入负极极片上。

30、在任意实施方式中，于外壳组件内加入第二电解质，以使第二电解质于负极极片的另一部分表面形成第二区域部分，且于第一膜层的背离负极极片的表面形成第二膜层的步骤，包括：于外壳组件内加入第二电解质，对正极极片和负极极片以第二恒流进行充电，以使第二电解质于负极极片的另一部分表面形成第二区域部分，且第一膜层的背离负极极片的表面形成第二膜层，第二恒流的充电电流大于第一恒流的充电电流；可选地，形成第二膜层和第二区域部分的步骤中：第二恒流的充电电流为1c～2c，充电时间为2.5min～5min。

31、由此，在上述充电电流和充电时间下，第二电解质在负极极片的表面能够充分成膜，且所形成的膜层的疏松度较高，有利于金属离子在膜层中迁移，从而提高二次电池的倍率性能和低温性能。

32、在任意实施方式中，在形成第二膜层和第二区域部分的步骤中，对正极极片和负极极片以第二恒流进行充电时，将外壳组件内部与外部的真空抽吸源连通，以抽取外壳组件内部的气体，直至结束时，停止抽取气体；可选地，外壳组件与外部的真空抽吸源连通，以使外壳组件内的真空度为-20kpa～-60kpa。

33、由此，第二电解质在形成膜层的过程中，不可避免地会在外壳组件内产生气体。在对正极极片和负极极片以第二恒流进行充电时，采用外部的真空抽吸源将外壳组件内的部分气体抽离，从而能够在一定程度上降低二次电池发生膨胀的风险。

34、在任意实施方式中，第一电解质和第二电解质的组成成分相同。在两次成膜的过程中，所形成的膜层之间的结合力相对较强，以使sei膜的结构稳定性较高。

35、在任意实施方式中，基于第一膜层的质量，第一膜层包括质量百分含量为c1的无机组分和质量百分含量为d1的有机组分；基于第二膜层的质量，第二膜层包括质量百分含量为c2的无机组分和质量百分含量为d2的有机组分，其中，c1＜c2；和/或d1＞d2。

36、由此，c1＜c2，第二区域部分的疏松度相对较高，有利于金属离子的迁移。d1＞d2，第一膜层中的有机组分的含量相对更高，第一膜层的致密度相对较高，由第一膜层和第二膜层共同形成的第一区域部分的致密度相对更高，有利于第一区域部分对负极极片的防护。